「C++系列」vector 容器

news2024/12/28 18:36:14

文章目录

一、vector 容器
- 1. 基本特性
- 2. 基本操作
- 3. 注意事项
二、应用场景
- 1. 应用场景
- 2. 案例
- - 案例一：存储动态大小的数据集合
  - 案例二：实现栈
三、相关链接

一、vector 容器

C++ 中的 vector 是一个非常常用的容器（container），它属于 STL（Standard Template Library，标准模板库）的一部分。vector 是一个能够存储具有相同类型元素的动态数组，这意味着它可以在运行时动态地增加或减少大小。与普通的数组不同，vector 会自动管理其存储空间，并在需要时重新分配内存以容纳更多的元素。

1. 基本特性

动态数组：vector 的大小可以在运行时改变，即可以动态地添加或删除元素。
连续内存：vector 中的元素存储在连续的内存位置中，这意味着可以像普通数组一样通过索引快速访问任何元素（即使用 operator[]）。
自动内存管理：vector 自动管理其存储空间的分配和释放，无需用户手动处理。
随机访问迭代器：由于 vector 的元素存储在连续的内存中，它支持随机访问迭代器，这意味着可以直接通过索引访问任何元素。

2. 基本操作

包含头文件：使用 vector 之前需要包含头文件 <vector>。

#include <vector>

创建 vector：

std::vector<int> vec; // 创建一个空的 int 类型的 vector
std::vector<int> vecWithValues = {1, 2, 3, 4, 5}; // 创建一个包含 5 个整数的 vector

添加元素：

vec.push_back(6); // 在 vec 的末尾添加一个元素 6
vec.insert(vec.begin(), 0); // 在 vec 的开始位置插入一个元素 0

访问元素：

int firstElement = vec[0]; // 访问第一个元素
int lastElement = vec.back(); // 访问最后一个元素
int secondElement = *(vec.begin() + 1); // 使用迭代器访问第二个元素

删除元素：

vec.pop_back(); // 删除 vec 的最后一个元素
vec.erase(vec.begin()); // 删除 vec 的第一个元素
// 删除特定位置的元素
vec.erase(vec.begin() + 2); // 删除索引为 2 的元素（注意，索引是从 0 开始的）

遍历 vector：

for (int i = 0; i < vec.size(); ++i) {
    std::cout << vec[i] << " ";
}
std::cout << std::endl;

// 使用迭代器
for (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;

// 使用 C++11 的范围 for 循环
for (int value : vec) {
    std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;

3. 注意事项

内存分配：当 vector 的大小增加时，它可能需要重新分配内存以存储更多的元素。这通常涉及复制或移动所有现有元素到新分配的内存中，这可能会是一个耗时的操作。
迭代器失效：在 vector 中添加或删除元素时，特别是通过 insert 或 erase 方法时，可能会使指向被修改区域的迭代器失效。因此，在迭代过程中修改 vector 时需要特别小心。

vector 是 C++ 中一个非常强大且灵活的容器，几乎可以替代所有需要动态数组的场景。

二、应用场景

vector 容器在 C++ 中有着广泛的应用场景，主要得益于其动态数组的特性，能够方便地存储和操作任意数量的同类型元素。以下是一些 vector 容器的应用场景及详细案例：

1. 应用场景

存储动态大小的数据集合：

当需要存储的数据量在程序运行时可能发生变化时，vector 是一个很好的选择。它可以动态地增加或减少大小，以适应不同的数据需求。

代替数组：

在许多情况下，vector 可以作为数组的替代品，提供更多的功能和便利的操作。例如，vector 支持动态扩容，而数组的大小在定义后就不能改变。

实现栈和队列：

可以使用 vector 来实现栈和队列等数据结构。通过 push_back() 方法可以在 vector 的末尾添加元素，模拟栈的压栈操作；通过 pop_back() 方法可以删除 vector 的最后一个元素，模拟栈的弹栈操作。对于队列，可以使用 insert() 和 erase() 方法在 vector 的前端进行插入和删除操作，但通常使用 deque（双端队列）更为合适，因为它在两端都支持快速插入和删除。

实现动态数组：

由于 vector 的大小可以动态调整，因此它非常适合用来实现动态数组。这在需要频繁增减元素的情况下尤为有用。

存储容器元素：

vector 可以作为其他容器的元素，实现复杂的数据结构。例如，可以创建一个 vector<vector<int>> 来表示二维数组或矩阵。

作为函数参数：

可以将 vector 作为函数的参数传递，方便进行数据的传递和处理。由于 vector 支持复制构造函数和赋值操作，因此可以很容易地在函数之间传递 vector 对象。

2. 案例

案例一：存储动态大小的数据集合

假设我们需要存储一个班级中所有学生的分数，但事先不知道学生的具体数量。这时，可以使用 vector 来存储这些分数。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> scores;

    // 假设我们不知道学生的具体数量，但可以动态地添加分数
    scores.push_back(90);
    scores.push_back(85);
    scores.push_back(95);

    // 遍历并打印分数
    for (int score : scores) {
        std::cout << score << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

案例二：实现栈

使用 vector 实现一个简单的栈结构，支持压栈和弹栈操作。

#include <iostream>
#include <vector>

class Stack {
private:
    std::vector<int> data;

public:
    void push(int value) {
        data.push_back(value);
    }

    int pop() {
        if (!data.empty()) {
            int top = data.back();
            data.pop_back();
            return top;
        }
        throw std::out_of_range("Stack is empty!");
    }

    bool isEmpty() const {
        return data.empty();
    }
};

int main() {
    Stack s;
    s.push(1);
    s.push(2);
    s.push(3);

    while (!s.isEmpty()) {
        std::cout << s.pop() << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}